基于单片机STC12C52 系列直流电机调速系统

2015-11-28郭盛杰

山西电子技术 2015年5期

朱睿，郭盛杰

(山西国营大众机械厂，山西太原 030024)

在现代工业中，电机调速系统被广泛应用于机械、冶金、石油化学、国防工业等工业部门中。随着计算机进入控制领域，以及新型的电力电子功率元器件的不断出现，使用脉宽调制(pulse width modulation，简称PWM)控制方式已成为绝对主流。脉宽调制是一种使用程序来控制波形占空比、周期、相位波形的技术，在电机驱动、D/A 转换等场合有广泛的应用。这种控制方式已作为直流电动机数字控制的基础。在直流调速控制中，可以采用各种控制器，单片机是其中一种选择。

1 功能描述

电机调速系统采用微处理器作为控制核心，以控制板卡、电机驱动芯片及外围电路、电机等构成整个电机调速系统。由微处理器产生1 对(共2 路)PWM 信号，该PWM 信号经电机驱动芯片控制执行电机，实现电机在不同运行状态下的调速要求。

2 电机调速系统的组成

电机调速系统的组成见表1。

表1 电机调速系统的组成

3 技术指标

技术指标如下:

1)工作温度:－40 ℃～+60 ℃;

2)供电电压:DC 27 V;

3)输出扭矩:1.2 N·M;

4)最大空载转速:1 050 rpm;

5)额定电流:2.3 A。

4 设计原理

4.1 原理框图

原理框图见图1。

图1 原理框图

4.2 原理介绍

如图1 所示，通过对计算机屏幕显示界面的操作，选取电机不同的运转状态，由计算机控制板卡采集相应的状态信息，输出相应的状态量代码(状态量指示见真值表2)并送入到单片机，单片机根据接收的代码信息，产生相应占空比的PWM 脉宽信号，该脉宽信号经功率放大电路放大后驱动执行电机，从而实现对电机的调速控制。

表2 真值表

其中高位D2 表示方向性，0 为正方向，1 为反方向;D1，D0 表示速度大小。

5 设计分析

5.1 控制/驱动电路设计

控制/驱动电路主要由单片机STC12C5206AD、电机驱动芯片DRV8842 等组成。控制/驱动电路设计原理见图2。

图2 控制/驱动电路设计原理

5.2 电源电路

本调速系统工作电源为直流+24 V、直流+5 V。其中+5 V 由直流+24 V 转换输出，供单片机STC12C5202AD 使用。+5 V 转换电路主要由稳压器LD1086、电容器等组成，详见图3。在设计电路板时，要尽量加宽电源线，同时将电源线和信号线分离，以免产生干扰信号。

图3 电源转换电路

5.3 电机驱动电路

电机驱动电路主要由驱动芯片DRV8842 及其外围电路组成。

驱动芯片DRV8842 是专用于电机的集成电路，内部包含一个PWM 电流控制的H 桥控制电路，电路见图4。工作电压为8.2 V～45 V，工作电流为5 A，工作温度为－40 ℃～85 ℃。

图4 DRV8842 控制电路

表3 H 桥逻辑

如图4，通过控制DRV8842 的IN1 和IN2 引脚输入状态，能直接控制OUT1 和OUT2 的输出状态，逻辑控制见表3。

采用PWM 脉宽调制控制电机速度，其控制逻辑如下:当IN1 输入PWM 信号，IN2 输入低电平时，电机正转;当IN1 输入低电平，IN2 输入PWM 信号时，电机反转;PWM 信号的占空比决定电机的转速。

5.4 微处理器

微处理器采用深圳宏晶科技生产的STC12C5206AD。STC12C5206AD 是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代单片机，指令代码兼容传统8051，但速度快8 倍～12 倍。内部集成MAX810 专用复位电路，2 路PWM，8 路高速8 位A/D 转换(300 k/s 即30 万次/秒)，针对电机控制，强干扰场合。

主要性能如下:

1)工作电压:5.5 V～3.3 V;

2)工作频率:0～35 MHz，相当于普通8051 的0～420 MHz;

3)用户应用程序空间:6 k 字节;

4)片上集成RAM:256 字节;

5)通用I/O 口:13 个;

6)有EEPROM 功能;

7)看门狗;

8)内部集成MAX810 专用复位电路(外部晶体20 M 以下时，复位脚直接1 k 电阻到地);

9)PWM:2 路;

10)A/D 转换:8 位精度ADC，共8 路，转换速度可达300 k/s(每秒钟30 万次);

11)工作温度:－40 ℃～85 ℃。